CC BY
9
38/2004
Вестник Ставропольского государственного университета
УТОЧНЕНИЕ УСТАНОВИВШЕЙСЯ КЛАССИФИКАЦИИ ФАЗОВЫХ ПЕРЕХОДОВ
Е.И. Несис, Р.Х. Науманова
THE IMPROVEMENT OF THE ESTABLISHED CLASSIFICATION OF PHASE CHANGES
Nesis E.I., Naumanova P.H.
The article is dedicated to the Improvement of the generally accepted in classical thermodynamics fallacious or wrong formulae of regularities related to thermal physic phenomena taking place at phase changes. Refined formulae are supplied.
Статья посвящена уточнению общепринятых в классической термодинамике ошибочных или неверных формулировок закономерностей, относящихся к теплофизиче-ским явлениям, происходящим при фазовых превращениях. Приведены уточненные формулировки.
УДК 532.77
Классическая термодинамика, созданная Клаузиусом, Томсоном, Карно и их коллегами в середине XIX века, содержит некоторые недостатки, которые требуют своего рассмотрения и устранения.
Простейшим примером неудачной классической формулировки второго начала термодинамики является общепринятое определение закона возрастания энтропии: «естественные процессы в изолированных (или только адиабатно изолированных) системах проходят в направлении роста энтропии» [1]. Но энтропия есть адиабатная функция термодинамического состояния тела и ее значение монотонно зависит от объема соответствующего тела. Отсюда ясно, что правильное определение рассматриваемого закона должно выражаться следующим образом: «естественные процессы в изолированных системах идут в направлении роста удельной энтропии». Существуют также ошибочные заключения классической термодинамики, относящиеся к теории фазовых переходов.
Тем самым встает вопрос о создании строгой современной термодинамики, важнейшего раздела теоретической физики.
Основная цель настоящей статьи - исправить неточности в определении типов фазовых переходов.
Как известно, фазовые превращения -это процессы скачкообразного изменения физических свойств вещества при непрерывном изменении внешних параметров (обычно температуры Т и давления р). Зна-
и_
Несис Е.И., Науманова Р.Х. ЙИ «Уточнение установившейся классификации фазовых переходов»
чения Тир, при которых происходит фазовый переход, называют точкой перехода.
Различают фазовые переходы двух родов. При фазовых переходах первого рода скачком меняются удельная внутренняя энергия и удельный объем вещества. Поэтому эти переходы сопровождаются поглощением или выделением теплоты - теплота фазового перехода. К ним относятся плавление, затвердевание, кипение, сублимация, конденсация. При фазовых переходах 2-го рода определенная физическая величина, равная нулю с одной стороны точки перехода, постепенно растет от нуля при удалении от точки перехода в другую сторону; при этом плотность вещества изменяется непрерывно, теплота не выделяется и не поглощается.
Мы ограничимся исследованием более распространенных в природе фазовых переходов 1-го рода.
В классической термодинамике утверждается, что при фазовом равновесии температура Т, давление р и химический потенциал ^ (напомним, что химическим потенциалом ^ называют удельный термо-
Ф
динамический потенциал Гиббса ^ = —, где
т
Ф = и - ТБ + р¥, т- масса вещества) в обеих фазах равны ^ = ^2, а производные от ^ (= -БёТ + Уёр) удельная энтропия и удельный объем ведут себя по иному в точке фазового перехода. А именно, при фазовых переходах 1-го рода первые производные гд/л ^ (
дТ
= -Б и
V
дТ
— V испытывают оп-
УТ
скачки, так
что Б1 Ф Б 2
и
ределенные VI * V2.
Поэтому фазовые переходы 1-го рода в термодинамике принято считать прерыв-
ными фазовыми превращениями, в отличие от непрерывных фазовых переходов 2-го рода, у которых скачки испытывают только вторые производные от ц. Легко, однако убедиться, что в соответствии с основными законами термодинамики при равновесии в точке фазового перехода никаких скачков удельной энтропии не происходит. Ведь при различных значениях удельной энтропии Б1 Ф Б2 в фазах никакого термодинамического равновесия в бинарной системе быть не может, а будет идти перенос массы от фазы с меньшей энтропией к фазе, удельная энтропия которой больше.
Из изложенного следует, что общепринятая формулировка отличия фазовых переходов 1-го и 2-го родов бессмысле на. При равновесии фаз у них равны не только Т, р , ^, но и удельные энтропия Б.
Указанное уточнение классических представлений имеет существенное значение в создании современной термодинамики.
ЛИТЕРАТУРА
1. Базаров И.П. Термодинамика. - М.: Высшая школа, 1991.
2. Несис ЕИ. Статистическая физика и термодинамика: Учебное пособие. - Ставрополь: Кн. Изд-во, 1992. - 254 с.
Об авторах
Несис Ефим Изральевич, доктор физико-математических наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ, профессор-консультант кафедры теоретической физики СГУ, автор более 250 научных работ, в т.ч. 14 книг. Науманова Румяна Хабибуллаевна, аспирантка кафедры теоретической физики СГУ, область научных интересов - термодинамика фазовых переходов.
